天绿香(Sauropus androgynus)对Cd中低污染土壤中Cd的富集潜力*

刘 娅 陈金全 杨子月 金世博 伏东堂 申时立#

(1.云南大学国际河流与生态安全研究院，云南 昆明 650091；2.云南大学生态与环境学院，云南 昆明 650091； 3.云南省高原山地生态与退化环境修复重点实验室，云南 昆明 650091)

2014 年4月17日原环境保护部和原国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国土壤污染严重，以无机污染物中的Cd点位超标率最高，达到7%。土壤Cd污染会通过食物链转移和富集到人体中，从而可能导致人体出现骨痛病、癌症等，因此对已受到Cd污染的土壤进行修复十分必要[1]。

在土壤Cd污染的修复技术中，植物修复是一种环境友好、成本低廉的技术[2]。植物修复常使用超富集植物，因为它们对重金属有良好的富集能力。然而，目前已发现的超富集植物多源于一些环境苛刻地区[3]，从而限制了它们的推广应用。事实上，对于Cd中低污染土壤不一定要用超富集植物，选用环境适应性好、生物量大的Cd富集植物即可[4-5]。目前，筛选适合修复Cd中低污染土壤的富集植物仍是这一领域的研究重点。

天绿香(Sauropusandrogynus)是一种珍贵野生食用蔬菜，具有生物量大、生长速度快等特点[6-7]。天绿香应用于植物修复重金属污染的研究还比较少。据申时立等[8]研究报道，天绿香可积累Cd等重金属。但针对天绿香富集Cd的具体特性及机理的研究还比较缺乏。因此，开展天绿香富集Cd特性研究，阐明天绿香的Cd富集机理，有利于更好地指导天绿香修复Cd中低污染土壤实践。本研究首先通过野外调查，分析自然环境下天绿香富集Cd的特征；然后开展室内盆栽实验，研究不同Cd浓度水平下天绿香富集Cd的机理，为天绿香修复Cd中低污染土壤提供依据。

1 研究方法

1.1 野外植物和土壤样品采集

在荒地、树木园和生活区3种Cd中低污染土壤的野外环境下采集天绿香样品，同时采集土壤样品。其中，荒地、树木园和生活区土壤中的Cd质量浓度分别为(0.39±0.03)、(0.30±0.02)、(0.46±0.03) mg/kg。

1.2 室内盆栽实验设计

设置了4个Cd中低污染处理质量浓度(用CdCl2配制)，分别为0、1、6、50 mg/kg，每个处理设置6个重复，稳定28 d后装盆，每盆装土3 kg。盆栽实验用土为未受Cd污染的红壤土，土壤基本理化性质见表1。

表1 实验用土的基本理化性质Table 1 Physical and chemical properties of the experimental soil

选择生长情况尽可能相似的采自野外的天绿香种茎，均剪成20 cm的小段，保证每段上都有两个以上的芽。用水冲洗干净后将种茎下部浸泡在350 mg/L的生根粉溶液中催根24 h，然后将催根完毕的天绿香以与地面60°的夹角扦插入盆栽土壤[9]，每盆种植4株。扦插好的天绿香放置于温室中培养，昼间温度控制为(28±3) ℃，夜间温度控制为(18±3) ℃，相对湿度控制为75%±5%。分别在天绿香生长的30、60、90、120、150 d时对每个处理的其中一个重复测定生物量和器官中Cd含量，并在150 d时同时测定土壤样品的Cd含量。

1.3 测定方法

植物样品分根、茎、叶装袋放在105 ℃条件下杀青30 min后，调节温度至70 ℃烘干，记录干质量作为生物量。植物和土壤样品均采用湿法消解后使用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定Cd含量。

2 结果与讨论

2.1 野外环境中天绿香的Cd富集特征

不同野外环境下天绿香各器官中的Cd质量浓度见表2。叶中Cd质量浓度为0.60～4.52 mg/kg，茎中为0.40～1.43 mg/kg，根中为0.62～1.83 mg/kg。地上部分的茎和叶中Cd质量浓度均超过了《食品安全国家标准 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中叶菜蔬菜的Cd限量指标(0.2 mg/kg)，杨暹等[10]也曾调查发现天绿香食用部分Cd含量超标。由此表明，天绿香在野外环境中能对Cd进行富集。

表2 野外环境中天绿香各器官中的Cd质量浓度Table 2 Mass concentrations of Cd in organs of Sauropus androgynus in wild environments mg/kg

一般认为，植物体内的Cd质量浓度超过100 mg/kg，且有较强的富集能力(即富集系数(BF)>1)和转移能力(转运系数(TF)>1)，才能算得上Cd富集植物[11-15]。由表2可知，在野外环境中天绿香各器官中的Cd质量浓度均远低于100 mg/kg，这与野外环境中土壤本身的Cd含量较低有关系；但由表3可见，天绿香对Cd具有较高的BF和TF，除荒地中的TF小于1外，其他BF和TF均大于1。由此可见，天绿香在野外环境中虽没有达到Cd富集植物水平，但已表现出较强的Cd富集能力。

表3 野外环境中天绿香的BF和TFTable 3 The BF and TF of Sauropus androgynus in wild environments

2.2 Cd中低污染土壤对天绿香生物量和Cd富集的影响

2.2.1 对生物量的影响

由于30 d以前，天绿香的生物量都较小，差异不大，因此对生物量的影响从60 d时开始分析。由图1可见，60～150 d，4个处理下的天绿香生物量均表现出先升高后降低的趋势，但随着Cd处理浓度的升高，差异显著性有逐渐变小的趋势，到150 d时，4个处理下的天绿香生物量无显著差异。由此可见，Cd中低污染土壤中天绿香生长虽会受到一定的抑制，但由于天绿香对Cd具有耐受性，适应之后天绿香在Cd中低污染土壤中可以正常生长，150 d后其生物量与未受污染土壤中无显著差异。

注：不同大写字母表示同一处理在不同时间差异显著，不同小写字母表示同一时间时不同处理差异显著，均以显著性水平为0.05判断。图1 Cd中低污染土壤对天绿香生物量的影响Fig.1 Effect of soil contaminated by low-medium Cd on biomass of Sauropus androgynus

已发现印度芥菜[16]、碎米荠[17]、莎草[18]、滇苦菜[19]等虽是Cd超富集植物，但均存在生物量小的问题。而本研究发现的天绿香虽然Cd富集能力没有Cd超富集植物强，但也表现出较强的Cd富集能力，生物量大而且可以适应Cd中低污染土壤，这是它的优势。

2.2.2 对Cd富集的影响

由表4可见，天绿香各器官中的Cd质量浓度随处理中土壤Cd质量浓度增大而增大，处理中土壤Cd质量浓度为50 mg/kg时，天绿香各器官中的Cd质量浓度均超过100 mg/kg，说明天绿香具有Cd富集植物的潜力，可以在Cd中低污染土壤(Cd质量浓度为0～50 mg/kg)中对Cd进行富集。

表4 Cd中低污染土壤对天绿香Cd富集的影响Table 4 Effect of soil contaminated by low-medium Cd on Cd accumulation of Sauropus androgynus mg/kg

由图2可见，30～150 d，天绿香叶、茎中的Cd浓度表现出随处理中Cd浓度的增大而增加的趋势；在同一处理中，随时间的延长，天绿香叶、茎中Cd浓度表现出增加的趋势。

图2 天绿香地上部对Cd的富集过程Fig.2 Cd accumulation process in up-ground part of Sauropus androgynus

3 结 论

(1) 野外调查发现，在荒地、树木园和生活区等野外环境下天绿香叶中Cd质量浓度为0.60～4.52 mg/kg，茎中为0.40～1.43 mg/kg，根中为0.62～1.83 mg/kg。地上部分的茎和叶中Cd质量浓度均超过了GB 2762—2017中叶菜蔬菜的Cd限量指标(0.2 mg/kg)，且BF和TF基本都大于1。可见，天绿香在野外环境下表现出较强的Cd富集能力。

(2) 进一步进行室内盆栽实验发现，天绿香对Cd具有耐受性，当土壤中Cd质量浓度小于50 mg/kg时，天绿香几乎可以正常生长，而且生物量比已发现的印度芥菜、碎米荠、莎草、滇苦菜等Cd超富集植物大，土壤Cd质量浓度达到50 mg/kg时，天绿香体内的Cd质量浓度超过100 mg/kg，能够达到Cd富集植物的标准，故天绿香可判定为一种具有大生物量的Cd富集植物，可以在Cd中低污染土壤(Cd质量浓度为0～50 mg/kg)中对Cd进行富集。